Litiumionceller i 18650-utforming.
Litiumionceller i 18650-utforming. (Bilde: Odd Richard Valmot)

Litium-luft-batteri

Ny oppdagelse kan bidra til batterier med fem ganger så mye energi

Forskere med ny innsikt i mekanisme som bremser for litium-luft-batterier.

Enten du vil kjøre langt i elbilen eller surfe lenge på mobilen, så trenger du et batteri som har nok energi. Dagens litiumionbatterier har høy energitetthet, men søket etter enda bedre batterier er på ingen måte over.

Et av alternativene man ser for seg er såkalte litium-oksygen-batterier, også kalt litium-luft-batterier.

Slike batterier kan i prinsippet gi så høy ladetetthet som det er mulig å oppnå, og er en slags hellig gral. Man snakker om fem ganger høyere energitetthet, og lav vekt.

Problemet er imidlertid at slik batterikjemi er ustabil. 

Batteriene fungerer ved at litium i anoden og oksygen reagerer for å danne litiumperoksid (Li2O2) på katoden under utlading. Ved opplading brytes litiumperoksid ned, ved at oksygen frigjøres, og litiumioner vandrer tilbake til anoden.

Men litiumperoksid har en tendens til å bygge seg opp på katoden. Dette reduserer ledeevnen, og fører til at cellen slutter å fungere, noe som har vist seg å kunne skje på en håndfull ladesykler. 

Kontroll på peroksid

Utfordringen er derfor å finne en metode som gjør litium-luft-batterier stabile over tid, ved at man har kontroll på litiumperoksidet, og får redusert dette hver gang cellen lades opp.

En forskergruppe ved universitetet i Illinois i Chicago i USA har nå tatt i bruk avansert mikroskopi som gjør det mulig å se reaksjonene mens de skjer.

Utladingsmekanismen i vanlige oppladbare litiumionebatterier. Bilde: Lina Merit Jacobsen

Hensikten er å få en bedre forståelse av reaksjonsmekanismene, og en ny oppdagelse kan bidra til kontroll på disse. En artikkel er publisert i journalen Nano Energy.

– Det vi for første gang kunne se, var at litiumperioksid danner seg i den flytende elektrolytten til litium-oksygen-batterier, og at det er en bidragsyter til nedbremsingen og til slutt døden for disse batteriene, sier Reza Shahbazian-Yassar, førsteamanuensis ved universitetets avdeling for mekanisk og industriell engineering, i en pressemelding.

Dette er en ny oppdagelse, og en av grunnene til at litium-luft-celler i praksis bare varer en håndfull oppladinger før de er kaputt.regnte

Forskerne var i stand til å se prosessen på nanometernivå. Til nå har det vært kjent at litiumperoksid dannes, men ikke at det også skjer i selve elektrolytten som litiumionene vandrer i mellom anode og katode.

Bedre forståelse

Nøkkelen til å lage fungerende litium-luft-celler er å forstå hele prosessen. Derfor kan denne oppdagelsen bli et viktig bidrag i å lage fungerende celler på sikt, mener førsteamanuensisen.

– Nå kan vi begynne å lage ideer og design som enten forhindrer at dette sker, eller gjør noe som kan opprettholde elektrolyttens funksjon slik at den ikke forstyrrer batteriets operasjon, sier han, og legger til at de kan bruke mikroskopimetoden til å undersøke om utviklingen går rett vei.

Det er likevel svært langt fra et lovende funn i laboratoriet til et fullt fungerende, kommersielt levedyktig masseprodusert litium-luft-batteri.  

Shahbazian-Yassar sier at å forstå prosessene imidlertid er et stort steg i den retningen. 

Vi er langt unna et fungerende batteri, men senest i mars publiserte en annen forskergruppe tilknyttet det samme universitetet resultater fra forsøk med litium-luft-celler som har overlevd 750 ladesykluser

Det er fremdeles svært langt unna hva man hadde hatt behov for i et kommersielt batteri, men er et steg på veien.

Kommentarer (11)

Kommentarer (11)